DE10300938B4

DE10300938B4 - Wandlerschaltung für eine Limiter-Empfängerstruktur und Verfahren zur Signalwandlung in einer Limiter-Empfängerstruktur

Info

Publication number: DE10300938B4
Application number: DE10300938A
Authority: DE
Inventors: Michael Speth; Britta Felbecker; Markus Hammes
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2003-01-13
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: DE10300938A1; CN1739273A; EP1584170A2; AU2003303786A1; CN100539561C; US7526262B2; WO2004066577A3; AU2003303786A8; US20060046675A1; WO2004066577A2; DE50304313D1; EP1584170B1

Abstract

Wandlerschaltung zur Verarbeitung eines analogen, frequenz- oder phasenmodulierten Empfangssignals für eine Limiter-Empfängerstruktur, mit
– einem Limiter (L), welcher das analoge Empfangssignal (a(t)) in ein zeitkontinuierliches, wertediskretes Limiter-Signal (lim(t)) bestehend aus einer Folge von Rechteckpulsen umsetzt,
– einer dem Limiter (L) nachgeschalteten Auswerteschaltung (AW; ND, CN), welche die zeitlichen Abstände (T_l–1, T_l, T_l+1) zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Limiter-Signals (lim(t)) erfasst und ein Nulldurchgangs-Abstandssignal (cnt; Z_l–1, Z_l, Z_l+1) ausgibt, und
– einer Signalsynthese-Schaltung (PSY), welche das Nulldurchgangs-Abstandssignal (cnt; Z_l–1, Z_l, Z_l+1) entgegennimmt und in Abhängigkeit von diesem ein werte- und zeitdiskretes Verarbeitungssignal (p(nT_S)) erzeugt, dessen Nulldurchgänge den Nulldurchgängen des Limiter-Signals (lim(t)) entsprechen und dessen für die Signalsynthese eingesetze Pulsform eine geringere Spektralbreite als ein Rechteckpuls entsprechender Breite aufweist.

Description

Wandlerschaltung für eine Limiter-Empfängerstruktur und Verfahren zur Signalwandlung in einer Limiter-Empfängerstruktur Die Erfindung betrifft eine Wandlerschaltung zur Verarbeitung eines analogen frequenz- oder phasenmodulierten Empfangssignals für eine Limiter-Empfängerstruktur und ein Verfahren zur Signalwandlung eines analogen frequenz- oder phasenmodulierten Empfangssignals in einer Limiter-Empfängerstruktur.
Zur aufwandsgünstigen Implementierung von Empfängern für frequenz- oder phasenmodulierte Signale mit konstanter Einhüllenden wie beispielsweise GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) Signalen werden sogenannte Limiter-Empfängerstrukturen eingesetzt. Das Funktionsprinzip einer Limiter-Empfängerstruktur beruht darauf, dass der wesentliche Anteil der Information eines frequenz- oder phasenmodulierten Signals in der Frequenz bzw. der Phase und damit in den Nulldurchgängen des Signals liegt. Die Analog-zu-Digital-Wandlung des Empfangssignals erfolgt in einer Limiter-Empfängerstruktur durch eine Schwellenwertentscheidung (welche durch den Limiter vorgenommen wird) und eine nachfolgende Abtastung des von dem Limiter ausgegebenen wertediskreten, zeitkontinuierlichen Rechtecksignals. Da im Signalweg hinter dem Limiter die gesamte Nutzinformation des Signals in den Nulldurchgängen liegt, ist eine hohe Abtastrate T_Z ^–1 erforderlich, um die Nulldurchgänge mit der notwendigen Genauigkeit zu erfassen. Um bei der Abtastung spektrale Überlappungen (Aliasing) höherer harmonischer Spektralanteile und somit Auslöschung von Information zu vermeiden, muss die Abtastrate T_Z ^–1 deutlich größer als die Bandbreite B des von dem Limiter entgegengenommenen Signals gewählt werden. Mit anderen Worten ist die aus informationstheoretischer Sicht erforderliche Mindestabtastrate (welche durch die Bandbreite B des von dem Limiter entgegengenommenen Signals bestimmt ist) erheblich geringer als die verwendete Abtastrate T_Z ^–1.
Anschließend werden aus dem durch die Abtastung erzeugten digitalen Signal durch mehrere Filterstufen die höheren harmonischen Anteile des Signals beseitigt, die Signalrate dezimiert und durch eine Demodulation ein digitales Signal erzeugt, welches dem GSFK-Signal äquivalent ist. Die Beseitigung der höheren harmonischen Anteile des Signals muss mit der hohen Abtastrate T_Z ^–1 erfolgen und stellt hohe Anforderungen an die im Signalweg hinter der Abtastung verwendeten Filter. In der Praxis werden für die Signalrekonstruktion aufwändige Filterkaskaden mit zwischengeschalteten Dezimationsstufen eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Abtastrate T_Z ^–1 tritt ein hoher Leistungsverbrauch auf.

In dem Artikel "Low-Power Design of a Digital FM Demodulator Based on Zero-Cross Detection at IF", N. Ismailoglu et al., IEEE Vehicular Technology Conference, 19. – 22. September 1999, Seiten 810 bis 813, ist eine Limiter-Diskriminatorschaltung bekannt, in welcher im Signalweg hinter der Abtastung ein digitaler Nulldurchgangsdetektor angeordnet ist. Der Nulldurchgangsdetektor erzeugt ein Signal, welches die Zeitpunkte der Nulldurchgänge des von dem Limiter ausgegebenen Signals durch Erzeugung einer logischen "1" angibt. Zur Demodulation des von dem Nulldurchgangsdetektor ausgegebenen Signals wird ein Sinc-Cube Dezimationsfilter vierter Ordnung und eine anschließende Erniedrigung der Abtastrate um den Faktor 4 eingesetzt.

In der Druckschrift DE 101 03 479 A1 ist ein FM-Demodulator und ein entsprechendes FM-Demodulationsverfahren beschrieben, welcher bzw. welches auf der Auswertung eines überabgetasteten Ausgangssignals eines Limiters basiert. Dabei wird unter Verwendung der Lage der Nulldurchgänge des überabgetasteten Signals die Augenblicksphase φ(t) des zu demodulierenden Signals rekonstruiert, wobei bei der Rekonstruktion der Augenblicksphase φ(t) ähnlich der Fourier-Zerlegung Koeffizienten einzelner Funktionen eines orthogonalen Funktionensystems {φ(t–k)} ermittelt werden.

Aus der Druckschrift US 5,910,752 ist ein FM-Demodulator bekannt, welcher einen Limiter umfasst, wobei dessen Ausgangssignal mittels eines Analog/Digital-Wandlers überabgetastet wird. Die Abtastwerte des Analog/Digital-Wandlers werden einem Nulldurchgangsdetektor zugeführt, welcher die Nulldurchgänge der Abtastwerte ermittelt. Das Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors dient der Ansteuerung eines Zählers, wobei der jeweilige Zählerstand am Ausgang des Zählers dem Abstand zwischen zwei Nulldurchgängen entspricht. Aus den einzelnen Zählerständen kann das Modulationssignal abgeleitet werden. Optional kann die Abtastrate ausgangsseitig des Zählers zudem reduziert werden.

In der Druckschrift US 5,724,396 ist eine digitale Schaltung zur Timing-Recovery für einen Empfänger eines digitalen Kommunikationssystems beschrieben. Dabei wird ein empfangenes Signal zunächst analog/digital-gewandelt und dann einem Interpolator zugeführt, welcher auf einem sinc-Funktionensystem basiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wandlerschaltung zur Verarbeitung eines analogen frequenz- oder phasenmodulierten Empfangssignals für eine Limiter-Empfängerstruktur zu schaffen, welche eine Demodulation des gewandelten Signals unter Verwendung von einfacheren Filterstrukturen ermöglicht. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren zur Verarbeitung eines analogen frequenz- oder phasenmodulierten Empfangssignals in einer Limiter-Empfängerstruktur anzugeben, mit welchem ein aufwandsgünstig demodulierbares Verarbei tungssignal generierbar ist. Insbesondere soll darüber hinaus ein niedriger Leistungsverbrauch in der Wandlerschaltung und nachfolgenden Schaltungsabschnitten (Demodulator) erzielbar sein.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Die erfindungsgemäße Wandlerschaltung umfasst entsprechend der üblichen Bauweise einen Limiter, welcher ein analoges Empfangssignal in ein zeitkontinuierliches, wertediskretes Limiter-Signal bestehend aus einer Folge von Rechteckpulsen umsetzt. Dem Limiter ist eine Auswerteschaltung nachgeschaltet, welche die zeitlichen Abstände zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Limiter-Signals erfasst und ein Nulldurchgangs-Abstandssignal ausgibt. Ferner umfasst die Wandlerschaltung eine Signalsynthese-Schaltung, welche das Nulldurchgangs-Abstandssignal entgegennimmt und in Abhängigkeit von diesem ein werte- und zeitdiskretes Verarbeitungssignal für die Signaldemodulation erzeugt, dessen Nulldurchgänge den Nulldurchgängen des Limiter-Signals entsprechen und dessen für die Signalsynthese eingesetze Pulsform eine geringere Spektralbreite als ein Rechteckpuls entsprechender Breite aufweist.

Durch die Signalsynthese-Schaltung wird erreicht, dass anstelle der implizit durch den Limiter vorgegebenen Rechteckpulse für die Signalverarbeitung hinter der Wandlerschaltung Pulse mit einer Signalform eingesetzt werden, welche eine geringere Spektralbreite als Rechteckpulse aufweisen. Infolge der besseren Spektralcharakteristik sinken die Anforderungen an die nachgeordneten Filtereinheiten und somit auch deren Komplexität.

Prinzipiell kann die bei der Signalsynthese verwendete Pulsform optimal entsprechend der im Signalweg folgenden Nachverarbeitung hinter der Wandlerschaltung gewählt werden. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich jedoch dadurch, dass die Signalsynthese-Schaltung als Pulsform einen Dreieckpuls verwendet. Ein Dreieckpuls weist eine wesentlich besser Spektralcharakteristik als ein Rechteckpuls auf, so dass mit dieser Wahl ein großer Komplexitätsgewinn bei den nachfolgenden Einheiten (Filtern) erzielt werden kann. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Dreieckpulses besteht darin, dass die Signalwerte des Dreieckpulses mittels einfacher linearer Operationen berechenbar sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass die zeitlichen Abstände zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Nulldurchgängen des Limiter-Signals mit einer Zeitgenauigkeit T_Z erfasst werden, und dass das Verarbeitungssignal eine Abtastrate T_S ^–1 aufweist, die kleiner als T_Z ^–1 ist. Dies erlaubt es, bereits innerhalb der Wandlerschaltung (genauer: nach der Bestimmung der Nulldurchgänge) wie auch hinter der Wandlerschaltung die Basisband-Signalverarbeitung (Filterung einschließlich Demodulation) mit einer wesentlich niedrigeren Abtastrate T_S ^–1 vorzunehmen. Durch diese Maßnahme wird eine deutliche Reduzierung des Leistungsverbrauchs erreicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass die Auswerteschaltung einen Nulldurchgangsdetektor und einen dem Nulldurchgangsdetektor nachgeordneten Zähler umfasst. Dabei muss lediglich der Zähler mit der (hohen) Abtastrate T_Z ^–1 betrieben werden. Die Pulserzeugung in der Signal-Syntheseschaltung kann bereits energiesparend auf der durch die reduzierte Abtastrate T_S ^–1 gegebenen Zeitbasis erfolgen. Zu diesem Zweck umfasst die Signalsynthese-Schaltung vorzugsweise einen Interpolator, welcher in Abhängigkeit von dem Nulldurchgangs-Abstandssignal das Verarbeitungssignal an den durch die Abtastrate T_S ^–1 bestimmten Stützstellen unter Verwendung der vorgegebenen Pulsform synthetisiert.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Aus- führungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:
1 eine Wandlerschaltung mit Limiter gemäß dem Stand der Technik;
2 eine erfindungsgemäße Wandlerschaltung mit Limiter;
3a eine Darstellung des Signalverlaufs eines Eingangssignals für die erfindungsgemäße Wandlerschaltung;
3b eine Darstellung des Signalverlaufs eines von dem Limiter ausgegebenen zeitkontinuierlichen, wertediskreten Signals;
3c eine Darstellung des Signalverlaufs eines von dem Zähler ausgegebenen digitalen Zählsignals;
4 eine Darstellung des Signalverlaufs eines von der er findungsgemäßen Wandlerschaltung ausgegebenen werte- und zeitdiskreten Verarbeitungssignals;
5 ein Schaltbild der in 2 dargestellten Puls-Synthesestufe; und
6 ein Schaltbild eines Funkempfängers mit einer Limiter-Empfängerstruktur.
1 zeigt eine Wandlerschaltung WS zur Analog-Digital-Wandlung von frequenz- oder phasenmodulierten Signalen in einer Limiter-Empfängerstruktur nach dem Stand der Technik. Die Wandlerschaltung WS umfasst einen Limiter L, dessen Ausgang mit dem Eingang einer Abtaststufe AS verbunden ist. Die Ab taststufe AS wird mit einer Abtastfrequenz T_Z ^–1 betrieben. Das Ausgangssignal der Abtaststufe AS wird einer Basisband-Verarbeitungsschaltung BS zugeführt, welche eine Filterung und Signaldemodulation durchführt.
Die Funktionsweise der in 1 dargestellten Schaltung ist wie folgt:
Der Limiter L führt eine Schwellenwertentscheidung des analogen Empfangssignals a(t) durch. Ein Abschnitt des zeitlichen Verlaufs des analogen Empfangssignals a(t) ist in 3a dargestellt. Das analoge Empfangssignal a(t) ist ein Sinussignal, das aufgrund der Frequenz- bzw. Phasenmodulation eine variierende Periodenlänge aufweist. Wird senderseitig z.B. ein 2-wertiges (binäres) Modulationsalphabet eingesetzt, weist das modulierte Empfangssignal a(t) zwei verschiedene Periodenlängen auf.
Der Limiter L nimmt eine Schwellenwertentscheidung vor. Das Ausgangssignal lim(t) des Limiters L ist folgendermaßen bestimmt: lim(t) = –1 falls a(t) < 0 lim(t) = +1 falls a(t) > 0.
Das aus einer Folge von Rechteckpulsen bestehende Ausgangssignal lim(t) des Limiters L wird von der Abtaststufe AS mit einer Abtastrate T_Z ^–1 abgetastet. Die Abtastzeit T_Z bestimmt die Zeitauflösung für die Bestimmung der Nulldurchgänge von lim(t). Aufgrund der schlechten Spektraleigenschaften von Rechteckpulsen muss T_Z ^–1 wesentlich größer als die Bandbreite B des Signals a(t) sein.
Das von der Abtaststufe AS ausgegebene Digitalsignal wird mit p(nT_Z) bezeichnet. Dabei gibt nT_Z die diskrete Zeit in Einheiten n der Abtastzeitdauer T_Z an. Das Digitalsignal p(nT_Z) wird der Basisband-Verarbeitungsschaltung BS zugleitet, in welcher, wie im Stand der Technik bekannt, die höheren harmonischen Anteile des Signals durch Filterung beseitigt werden und ein demoduliertes Signal erzeugt wird.
2 zeigt eine Limiter-Empfängerstruktur mit einer erfindungsgemäßen Wandlerschaltung WS'.
Die Wandlerschaltung WS' weist einen Limiter L, einen dem Limiter L nachgeschalteten Nulldurchgangsdetektor ND, einen dem Nulldurchgangsdetektor ND nachgeschalteten Zähler CN und eine dem Zähler CN nachgeschaltete Puls-Synthesestufe PSY auf. Der Ausgang der Puls-Synthesestufe PSY ist einer Basisband-Verarbeitungsschaltung BS' zugeleitet. Der Nulldurchgangsdetektor ND und der Zähler CN bilden eine Auswerteschaltung AW.
Der Limiter L ist in Aufbau und Funktionsweise identisch mit dem anhand 1 beschriebenen Limiter L. Das von dem Limiter L ausgegebene Signal lim(t) ist in 3b dargestellt. Die Dauer der Rechteckpulse entspricht den jeweiligen Nulldurchgangsabständen T_l–1, T_l, T_l+1 des Empfangssignals a(t). In dem Nulldurchgangsdetektor ND werden die Nulldurchgänge des zeitkontinuierlichen, wertediskreten Ausgangssignals lim(t) des Limiters L ermittelt. Wird ein Nulldurchgang erkannt, so gibt der Nulldurchgangsdetektor ND ein Signal start_z aus. Dieses Nulldurchgangssignal start_z startet den Zähler CN jeweils neu. Der Zähler CN wird mit der Taktfrequenz T_Z ^–1 betrieben. Jeweils bei der nächsten Aktivierung durch das Signal start_z liegt das aktuelle Zählergebnis Z_l (korrespondierend zum Nulldurchgangsabstand T_l) am Ausgang des Zählers CN bis zum Ende der aktuellen Zählperiode an. Das Ausgangssignal cnt des Zählers CN sowie der aktuelle interne Zählerstand (gestrichelte Linie) ist in 3c dargestellt. Die Zeitgranularität, die zur Messung der Nulldurchgangs-Zeitabstände benötigt wird, ist T_Z und liegt in der gleichen Größenordnung wie die Abtastfrequenz T_Z der in 1 gezeigten Schaltung zum Stand der Technik.
Wie aus den 3a bis 3c ersichtlich, entspricht die Höhe der (maximalen) Zählwerte Z_l–1, Z_l Z_l+1 den Zeitdauern T_l–1, T_l, T_l+1 der durch Nulldurchgänge definierten Zeitinvervallen l–1, 1 und l+1.
Basierend auf diesen mit der Zeitgranularität T_Z ermittelten Nulldurchgangs-Zeitabständen T_l–1, T_l, T_l+1 erzeugt die Puls-Synthesestufe PSY ein digitales Verarbeitungssignal p(nT_S) aus einem Basispuls. Beispielsweise kann wie in 4 dargestellt ein Dreieckpuls als Basispuls verwendet werden. Die Erzeugung des digitalen Verarbeitungssignals p(nT_S) kann mittels eines Interpolators erfolgen, welcher in Abhängigkeit von den vom Zähler CN in der Form der Zählwerte Z_l–1, Z_l, Z_l+1 ausgegebenen Nulldurchgangs-Zeitabständen T_l–1, T_l, T_l+1, das Verarbeitungssignal an den durch eine Zeitbasis T_S bestimmten Stützstellen unter Verwendung von Dreieckpulsen berechnet. Die Zeitbasis T_S, bezüglich welcher das digitale Verarbeitungssignal p(nT_S) erzeugt wird, kann prinzipiell beliebig gewählt werden, wobei aufgrund der Anforderungen durch die nachfolgende Signalverarbeitung sowie aufgrund signaltheoretischer Erfordernisse (Erfüllung des Abtasttheorems) eine gewisse minimale Zeitauflösung (maximale Abtastzeitdauer T_S) gewährleistet sein muss.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeitauflösung T_S nun nicht mehr von den Genauigkeitsanforderungen der Nulldurchgänge bestimmt wird, sondern von den Spektraleigenschaften des zur Synthese des digitalen Verarbeitungssignals p(nT_S) verwendeten Pulses sowie der nachfolgenden Basisband-Signalverarbeitung in der Basisband-Verarbeitungsstufe BS' abhängt. Dies erlaubt es, nach der Bestimmung der Nulldurchgänge mit der Zeitgenauigkeit T_Z die Basisband-Verarbeitung in der Basisband-Verarbeitungsstufe BS' auf einer wesentlich niedrigeren Rate T_S ^–1 vorzunehmen. Damit sinken die Anforderungen an die Komplexität der Basisband-Verarbeitungsstufe BS'.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass bereits die Erzeugung des zeitdiskreten Verarbeitungssignals p(nT_S) mit der niedrigen Verarbeitungsrate T_S erfolgt. D.h., die einzelnen Basispulse werden nicht mit einer hohen Abtastrate (z.B. T_Z ^–1) erzeugt und dann dezimiert, sondern sie werden mittels Interpolation direkt auf der minimal notwendigen Zeitbasis T_S berechnet. Denn die Puls-Synthesestufe PSY übernimmt die Zählwerte Z_l–1, Z_l, Z_l+1 des Ausgangssignals cnt des Zählers CN mit ihrem eigenen (langsamen) Takt T_S. Daher kann auch die Puls-Synthesesstufe PSY mit sehr geringem Aufwand implementiert werden.
5 zeigt eine aufwandsgünstige Implementierung der Puls-Synthesestufe PSY zur Erzeugung von Dreieckpulsen mit einheitlicher Maximalhöhe C. Die Puls-Synthesestufe PSY umfasst einen Zähler CN1, einen dem Zähler nachgeschalteten Vergleicher COMP, einen Tabellenspeicher TAB, einen Akkumulator AC und einen Multiplizierer M.
Es wird angenommen, dass der Zählwert Z_l als ganzzahliges Vielfaches der Abtastzeit T_S vorliegt. Das ganzzahlige Vielfache N ist durch die Gleichung N = T_S/T_Z definiert. Dann ergibt sich für die Ausgangswerte p(nT_S) des Dreieckpulses folgende Beziehung:
Der Zähler CN1 erzeugt den die diskrete Zeit darstellenden Wert n. Der Vergleicher COMP überprüft, ob n < Z_l/(2N), d.h. ob zur Erzeugung der Signalwerte der obere oder der untere Ausdruck der vorstehend angegebenen Gleichung verwendet werden muss. Der Vergleicher COMP gibt ein Steuersignal S aus, das den Wert S = 1 aufweist, falls die Ungleichung n < Z_l/(2N) erfüllt ist. Andernfalls gilt S = 0.
Der Faktor N/Z_l wird mit Co bezeichnet. Da nur endlich viele Faktoren N/Z_l existieren, können diese im Voraus berechnet und in dem Tabellenspeicher TAB abgespeichert werden. Der aktuell benötigte Wert Co wird in Abhängigkeit von dem Zählergebnis Z_l aus dem Tabellenspeicher TAB ausgelesen und dem Akkumulator AC zugeleitet. Der Akkumulator AC berechnet im Systemtakt T_S ^–1 der Puls-Synthesestufe PSY für S = 1 den Ausdruck p = C₀·n bzw. für S = 0 den Ausdruck p = 1–C₀·n. Damit ist die Pulsform mit der richtigen Pulslänge erzeugt. Die Maximalamplitude C des Dreieckpulses wird durch Multiplikation mit dem Faktor 2C bestimmt. Die Multiplikation wird durch den Multiplizierer M durchgeführt. C kann entsprechend den Anforderungen der nachfolgenden Einheiten (Basisbandverarbeitung BS') gewählt werden.
6 zeigt in beispielhafter Weise den Aufbau einer Empfängerschaltung nach dem Limiter-Diskriminatorprinzip, wie sie beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 101 03 479 A1 bekannt ist. Die in 6 gezeigte bekannte Wandlerschaltung WS entspricht der in 1 dargestellten Wandlerschaltung WS.
Gemäß 6 wird ein Funksignal von einer Antenne A aufgefangen und über ein Eingangsfilter F einem rauscharmen Eingangsverstärker LNA (Low Noise Amplifier) zugeführt. Der Eingangsverstärker LNA verstärkt das hochfrequente Antennensignal mit einer einstellbaren Verstärkung. Nach der rauscharmen Verstärkung erfolgt eine Umsetzung des verstärkten Signals auf eine Zwischenfrequenz. Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal des rauscharmen Verstärkers LNA zwei Mischern M1 und M2 zugeführt. Die Mischer M1 und M2 werden in bekannter Weise unter einem Phasenversatz von 90° mit einer Mischfrequenz betrieben, welche von einem lokalen Oszillator (nicht dargestellt) abgeleitet ist. Die beiden zum Betreiben der Mischer M1 und M2 verwendeten Signale entsprechen in ihrer Zeitabhän gigkeit cos(ω₀t) bzw. sin(ω₀t), wobei ω₀ die der Oszillatorfrequenz zugeordnete Kreisfrequenz und t die Zeit bezeichnen.
An den Ausgängen der Mischer M1 bzw. M2 stehen Inphase-(I-) und Quadratur-(Q-)Signale in der Zwischenfrequenz bereit.
Die Ausgänge der beiden Mischer M1 und M2 werden einem I- bzw. einem Q-Signaleingang eines analogen, zur Spiegelfrequenz-Unterdrückung dienenden Kanalselektionsfilters KSF zugeführt. Mittels des Kanalselektionsfilters KSF wird ein bestimmter Frequenzkanal ausgewählt und dadurch das gewünschte Nutzsignal aus dem eingangsseitig anliegenden, breitbandigen Signal-Störungssignal-Gemisch herausgefiltert.
An zwei Ausgängen A1, A2 des Kanalselektionsfilters KSF werden die beiden I- und Q-Signalkomponenten mit der Bandbreite des Nutzkanals ausgegeben.
Bei einer erfindungsgemäßen Empfängerschaltung auf der Basis des Limiter-Diskriminator-Prinzips wird die bekannte Wandlerschaltung WS durch die in 2 dargestellte erfindungsgemäße Wandlerschaltung WS' ersetzt. Ferner wird die vereinfachte Basisband-Verarbeitungsschaltung BS' anstelle von BS (in 6 zweikanalig dargestellt) verwendet. Das analoge Empfangssignal a(t) entspricht somit der I-Signalkomponente bzw. der Q-Signalkomponente an den Ausgängen A1 bzw. A2.
Zur Basisband-Verarbeitung/Demodulation kann beispielsweise der in der Schrift DE 101 03 479 A1 beschriebene Algorithmus eingesetzt werden, welcher hiermit durch Bezugnahme dem Inhalt der vorliegenden Schrift hinzugefügt wird.

WS: Wandler-Schaltung zur Analog-Digital-Wandlung
WS': erfindungsgemäße Wandler-Schaltung
L: Limiter
AS: Abtaststufe
BS: Basisband-Verarbeitungsschaltung
BS': erfindungsgemäße Basisband-Verarbeitungsschaltung
CN: Zähler
PSY: Puls-Synthesestufe
l–1, l, l+1: Zeitintervalle
T_l–1, T_l, T_l+1: Nulldurchgangs-Abstände
A: Antenne
F: Eingangsfilter
LNA: rauscharmer Eingangsverstärker
M1/2: Mischer
KSF: Kanalselektionsfilter
A1/2: Ausgänge des Kanalselektionsfilters
AW: Auswerteschaltung
Z_l–1, Z_l, Z_l+1: Zählwerte
AC: Akkumulator
COMP: Vergleicher
CN1: Zähler
TAB: Tabellenspeicher
M: Multiplizierer
S: Steuersignal

Claims

Wandlerschaltung zur Verarbeitung eines analogen, frequenz- oder phasenmodulierten Empfangssignals für eine Limiter-Empfängerstruktur, mit – einem Limiter (L), welcher das analoge Empfangssignal (a(t)) in ein zeitkontinuierliches, wertediskretes Limiter-Signal (lim(t)) bestehend aus einer Folge von Rechteckpulsen umsetzt, – einer dem Limiter (L) nachgeschalteten Auswerteschaltung (AW; ND, CN), welche die zeitlichen Abstände (T_l–1, T_l, T_l+1) zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Limiter-Signals (lim(t)) erfasst und ein Nulldurchgangs-Abstandssignal (cnt; Z_l–1, Z_l, Z_l+1) ausgibt, und – einer Signalsynthese-Schaltung (PSY), welche das Nulldurchgangs-Abstandssignal (cnt; Z_l–1, Z_l, Z_l+1) entgegennimmt und in Abhängigkeit von diesem ein werte- und zeitdiskretes Verarbeitungssignal (p(nT_S)) erzeugt, dessen Nulldurchgänge den Nulldurchgängen des Limiter-Signals (lim(t)) entsprechen und dessen für die Signalsynthese eingesetze Pulsform eine geringere Spektralbreite als ein Rechteckpuls entsprechender Breite aufweist.
Wandlerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalsynthese-Schaltung (PSY) als Pulsform einen Dreieckpuls verwendet.
Wandlerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Auswerteschaltung (AW; ND, CN) die zeitlichen Abstände (T_l–1, T_l, T_l+1) zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Limiter-Signals (lim(t)) mit einer Zeitgenauigkeit T_Z erfasst, und – dass das Verarbeitungssignal (p(nT_S)) eine Abtastrate T_S ^–1 aufweist, die kleiner als T_Z ^–1 ist.
Wandlerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (AW; ND, CN) einen Nulldurchgangsdetektor (ND) und einen dem Nulldurchgangsdetektor (ND) nachgeordneten Zähler (CN) umfasst.
Wandlerschaltung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalsynthese-Schaltung (PSY) einen Interpolator aufweist, welcher in Abhängigkeit von dem Nulldurchgangs-Abstandssignal (cnt; Z_l–1, Z_l, Z_l+1) das Verarbeitungssignal (p(nT_S)) an den durch die Abtastrate T_S ^–1 bestimmten Stützstellen unter Verwendung der vorgegebenen Pulsform synthetisiert.
Verfahren zur Wandlung eines analogen, frequenz- oder phasenmodulierten Empfangssignals in einer Limiter-Empfängerstruktur, mit den Schritten: – Erzeugen eines limitierten, zeitkontinuierlichen, wertediskreten Limiter-Signals (lim(t)) bestehend aus einer Folge von Rechteckpulsen aus einem analogen Empfangssignal (a(t)); – Ermitteln der zeitlichen Abstände (T_l–1, T_l, T_l+1) zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Limiter-Signals (lim(t)); – Synthetisieren eines werte- und zeitdiskreten Verarbeitungssignals (p(nT_S)) in Abhängigkeit von den ermittelten zeitlichen Abständen (T_l–1, T_l, T_l+1) zwischen aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Limiter-Signals (lim(t)), dessen Nulldurchgänge den Nulldurchgängen des Limiter-Signals (lim(t)) entsprechen und dessen für die Signalsynthese eingesetze Pulsform eine geringere Spektralbreite als ein Rechteckpuls entsprechender Breite aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Pulsform ein Dreieckpuls verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, – dass die zeitlichen Abstände (T_l–1, T_l, T_l+1) zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Limiter-Signals (lim(t)) mit einer Zeitgenauigkeit T_Z ermittel werden, und – dass das Verarbeitungssignal (p(nT_S)) mit einer Abtastrate T_S ^–1 synthetisiert wird, die kleiner als T_S ^–1 ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des zeitlichen Abstands zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Limiter-Signals (lim(t)) – die Nulldurchgänge des Limiter-Signals (lim(t)) detektiert werden; – mittels eines mit dem Zähltakt T_Z ^–1 getakteten Zählers (CN) der zeitliche Abstand zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das werte- und zeitdiskrete Verarbeitungssignal (p(nT_S)) in Abhängigkeit von den zeitlichen Abständen zwischen zwei Nulldurchgängen durch eine Interpolation der vorgegebenen Pulsform an den durch die Abtastrate T_S ^–1 bestimmten Stützstellen berechnet wird.